專利名稱：用于水分配及管道的信息分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于水分配及管道的信息分析系統(tǒng)，其對(duì)有關(guān)水分配及管道的信息進(jìn)行分析、接收關(guān)于從一配水池中流到水分配管道網(wǎng)絡(luò)中的凈水的流入量的數(shù)據(jù)以及關(guān)于在水分配管道網(wǎng)絡(luò)中適當(dāng)選擇的一個(gè)位置的壓力的數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
在日本，通常在濾水廠對(duì)取自河流中的原水進(jìn)行凈化以獲得凈水，凈水由水泵壓入水分配池，然后在自然流動(dòng)下從這個(gè)池中被送出并分配到水分配管道網(wǎng)絡(luò)中。當(dāng)把水從水分配池分配到水分配管道網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，如果水分配區(qū)域處于地形起伏的地區(qū)則很難在水分配管道網(wǎng)絡(luò)中適當(dāng)?shù)乇３炙畨骸?br> 近來，有一些地方把水分配管道網(wǎng)絡(luò)分成幾個(gè)區(qū)段并進(jìn)行管理，或者采用減壓閥以便根據(jù)地形起伏來減弱水壓的改變。這能夠適度地保持水壓，從而減少了從水分配管道網(wǎng)絡(luò)中漏水并節(jié)約了凈水，這將有助于提高供水交易中的利潤(rùn)。
在常規(guī)供水監(jiān)控系統(tǒng)中，在水分配管道網(wǎng)絡(luò)中管道的所需位置處安裝了流量計(jì)和壓力指示器以便測(cè)量管道的流量和壓力，并根據(jù)這些測(cè)量值來監(jiān)視水分配管道網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。在這種情況下，這些測(cè)量數(shù)據(jù)用于創(chuàng)建壓力控制和流量控制的反饋信號(hào)、通過設(shè)置流量的上限/下限來檢測(cè)異常值以及創(chuàng)建每日和每月報(bào)告作為基本信息。
在常規(guī)供水監(jiān)控系統(tǒng)中，僅按時(shí)間收集數(shù)據(jù)但是對(duì)所收集的測(cè)量數(shù)據(jù)既不進(jìn)行分析也不使用來維護(hù)和管理水分配管道網(wǎng)絡(luò)。
因此，很難掌握以秒為單位發(fā)生變化的水量分配管道網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)以及由水分配管道網(wǎng)絡(luò)的老化變質(zhì)所引起的漏水。
另外，作為一種用于掌握水分配管道網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)的方法，通常執(zhí)行管道網(wǎng)絡(luò)分析，但是它必須預(yù)先設(shè)置必要的數(shù)據(jù)，包括水分配管道的信息、設(shè)置管道的高度以及每個(gè)點(diǎn)的流量數(shù)據(jù)，從而通過模擬來分析管道網(wǎng)絡(luò)。因此，需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間和許多勞力。
考慮到上述情況提出本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的在于提供一種用于水分配及管道的信息分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)總是可以在水分配管道網(wǎng)絡(luò)中適當(dāng)?shù)乇３謮毫Σ⑶铱梢猿浞值亓私庖悦霝閱挝话l(fā)生變化的水分配管道網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種由以下結(jié)構(gòu)所組成的水分配/管道信息分析系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)方面的一種用于水分配及管道的信息分析系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)收集模塊，用于以預(yù)定時(shí)間間隔接收分別從一個(gè)流量計(jì)和一個(gè)壓力指示器所發(fā)送的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，所述流量計(jì)測(cè)量從水分配池流到水分配管道網(wǎng)絡(luò)中的凈水的流量，而所述壓力指示器測(cè)量所述水分配管道網(wǎng)絡(luò)內(nèi)適當(dāng)位置處的一個(gè)管道的壓力；近似表達(dá)式計(jì)算模塊，用于接收由所述數(shù)據(jù)收集模塊順序地收集的一天的所述流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，以基于如下所示的Hazen William′s近似表達(dá)式來計(jì)算數(shù)據(jù)，以及用于得到每天的虛擬管道總長(zhǎng)度和流量校正系數(shù)作為最小二乘法的參數(shù)，以便把這樣得到的值數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在管道狀態(tài)掌握數(shù)據(jù)庫(kù)中，Hloss＝10.67×L×Q1.85×α/(C1.85×D4.87)其中，Hloss水頭損失L虛擬管道總長(zhǎng)度(m)Q流量計(jì)的指示值C流速系數(shù)D管道直徑(mm)α水分配區(qū)段的流量校正系數(shù)；以及在線故障檢測(cè)模塊，用于以預(yù)定時(shí)間間隔來接收由所述數(shù)據(jù)收集模塊所收集的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)、利用所述管道狀態(tài)掌握數(shù)據(jù)庫(kù)中所存儲(chǔ)的參數(shù)基于HazenWilliam′s近似表達(dá)式來計(jì)算壓力值、以及當(dāng)所計(jì)算的壓力值與實(shí)際測(cè)量的壓力值之間的水頭差彼此偏差預(yù)定值或更多時(shí)檢測(cè)到異常值。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的一種用于水分配及管道的信息分析系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)收集模塊，用于以預(yù)定時(shí)間間隔接收分別從一個(gè)流量計(jì)和一個(gè)壓力指示器所發(fā)送的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，所述流量計(jì)測(cè)量從水分配池流到水分配管道網(wǎng)絡(luò)中的凈水的流量，而所述壓力指示器測(cè)量所述水分配管道網(wǎng)絡(luò)內(nèi)適當(dāng)位置處的一個(gè)管道的壓力；近似表達(dá)式計(jì)算模塊，用于接收由所述數(shù)據(jù)收集模塊順序地收集的一天的所述流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，以基于如下所示的Hazen William′s近似表達(dá)式來計(jì)算數(shù)據(jù)，以及用于得到每天的虛擬管道總長(zhǎng)度和流量校正系數(shù)作為最小二乘法的參數(shù)，以便把這些參數(shù)存儲(chǔ)在管道狀態(tài)掌握數(shù)據(jù)庫(kù)中，Hloss＝10.67×L×Q1.85×α/(C1.85×D4.87)其中，Hloss水頭損失L虛擬管道總長(zhǎng)度(m)Q流量計(jì)的指示值C流速系數(shù)D管道直徑(mm)α水分配區(qū)段的流量校正系數(shù)；以及管道狀態(tài)分析模塊，用于識(shí)別管道狀態(tài)同時(shí)監(jiān)視存儲(chǔ)在所述管道狀態(tài)掌握數(shù)據(jù)庫(kù)中的每天的參數(shù)值，所述模塊具有學(xué)習(xí)功能，其把所述參數(shù)的組合標(biāo)記為學(xué)習(xí)項(xiàng)目并且把所述管道網(wǎng)絡(luò)分類為模式。
根據(jù)本發(fā)明第三方面的一種用于水分配及管道的信息分析系統(tǒng)，在第一和第二方面的系統(tǒng)之一中，還包括每日時(shí)滯補(bǔ)償模塊，具有用于接收由所述數(shù)據(jù)收集模塊收集的所述流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)一天的所述數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，所述每日時(shí)滯補(bǔ)償模塊用于選擇存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)器中的表示一天的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)之間的最高相關(guān)性的時(shí)滯，以補(bǔ)償并且向所述近似表達(dá)式計(jì)算模塊順序地提供所述一天的流量數(shù)據(jù)和相關(guān)壓力數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，有可能在水分配管道網(wǎng)絡(luò)中總是適當(dāng)?shù)乇３謮毫Σ⑶页浞值刈R(shí)別以秒為單位發(fā)生變化的水分配管道網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。


圖1是顯示一種應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的用于水分配及管道的信息分析系統(tǒng)的處理的示意圖；圖2是顯示一種根據(jù)本發(fā)明的用于水分配及管道的信息分析系統(tǒng)的第一實(shí)施例的方框圖；圖3A是顯示其中在日平均供水與全國(guó)的供水交易單位的數(shù)目之間的相關(guān)性不呈正態(tài)分布的常規(guī)情況的圖表；圖3B是顯示其中相關(guān)性呈正態(tài)分布的本發(fā)明的情況的圖表；圖4是用數(shù)字顯示將要分析的水分配區(qū)段的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的具體例子的視圖；圖5是根據(jù)第一實(shí)施例，顯示由圖4所示的用于分析水分配區(qū)段的水分配信息分析系統(tǒng)的分析結(jié)果的視圖；圖6是顯示一種根據(jù)本發(fā)明的用于水分配及管道的信息分析系統(tǒng)的第二實(shí)施例的方框圖；圖7是當(dāng)把管道網(wǎng)絡(luò)表示為一條管道時(shí)用于闡明流量損耗的示意圖；圖8是根據(jù)第二實(shí)施例，以放大的方式顯示在一個(gè)時(shí)段中流入量與水頭之間的相關(guān)性的圖表，其中該相關(guān)性是由在線故障檢測(cè)器發(fā)現(xiàn)的；圖9是根據(jù)第二實(shí)施例，在流量校正系數(shù)α與虛擬管道總長(zhǎng)度L之間的相關(guān)性圖表，作為由管道狀態(tài)分析單元分析的結(jié)果的一個(gè)例子；以及圖10是根據(jù)第二實(shí)施例，在解決減壓閥的故障之后的一個(gè)時(shí)段中從壓力和流量的測(cè)量數(shù)據(jù)中獲得的在流量校正系數(shù)α與虛擬管道總長(zhǎng)度L之間的相關(guān)性圖表，作為由管道狀態(tài)分析單元分析的結(jié)果的一個(gè)例子。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是顯示一種應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的用于水分配及管道的信息分析系統(tǒng)的處理的示意圖。
如圖1中所示，所述系統(tǒng)用于其中把凈水從一個(gè)水分配池1提供到水分配管道網(wǎng)絡(luò)(在下文中稱為水分配區(qū)段)2的處理。它具有用于測(cè)量水分配區(qū)段2的入口附近的凈水注入管道3中的凈水的流入量的流量計(jì)4以及用于在水分配區(qū)段2內(nèi)的適當(dāng)管道中測(cè)量水分配區(qū)段2內(nèi)的水分配壓力的壓力指示器5。由流量計(jì)4和壓力指示器5所測(cè)量的數(shù)據(jù)被傳送到用于水分配及管道的信息分析系統(tǒng)10。
當(dāng)由一個(gè)流量計(jì)4和一個(gè)壓力指示器5來監(jiān)視如上所述的從水分配池1提供到水分配區(qū)段2的水分配量時(shí)，必須基于全國(guó)供水統(tǒng)計(jì)的日平均供水來應(yīng)用這種目標(biāo)(object)供水交易的內(nèi)容，以比較供水交易的特性(characteristics)。
根據(jù)全國(guó)供水統(tǒng)計(jì)的日平均供水范圍廣闊分布在1,000m3/d到4500,000m3/d之間，并且在用供水除以常規(guī)水分配量的柱狀圖中它不是正態(tài)分布的。因此，沒有正態(tài)分配水量的區(qū)域，不能獲得關(guān)于全國(guó)供水統(tǒng)計(jì)的目標(biāo)分配區(qū)段的日平均供水的等級(jí)。
因此，根據(jù)本發(fā)明，用正態(tài)分布轉(zhuǎn)換公式來轉(zhuǎn)換全國(guó)供水統(tǒng)計(jì)中的日平均供水以預(yù)先得到正態(tài)分布柱狀圖。通過利用從這個(gè)柱狀圖中所獲得的平均值和方差值，對(duì)從關(guān)于上述分配區(qū)段的數(shù)據(jù)所獲得的日平均供水進(jìn)行分析，所述數(shù)據(jù)是在預(yù)定周期(例如5秒的周期)由流量計(jì)4和壓力指示器5所收集的，借此有可能識(shí)別出具有概率的供水規(guī)模，而不必通過利用在另一個(gè)要被分析的供水區(qū)段中的日平均供水來檢驗(yàn)供水統(tǒng)計(jì)。
圖2是顯示一種根據(jù)本發(fā)明的用于水分配及管道系統(tǒng)的信息分析系統(tǒng)的第一實(shí)施例的方框圖。
在圖2中，參考標(biāo)記11表示其中存儲(chǔ)了根據(jù)全國(guó)供水統(tǒng)計(jì)的每個(gè)供水交易單位的實(shí)際日平均供水?dāng)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。操作單元12從該數(shù)據(jù)庫(kù)11中獲得每個(gè)日平均供水?dāng)?shù)據(jù)，并且用在下列公式(1)中所示的正態(tài)分布轉(zhuǎn)換公式來轉(zhuǎn)換該日平均供水。根據(jù)全國(guó)供水統(tǒng)計(jì)的每個(gè)供水交易單位的日平均供水的柱狀圖是正態(tài)分布的，并且被存儲(chǔ)在盤13中作為日平均供水指標(biāo)(平均值和方差值)。
V＝log10(Q/1000)(1/2.5)…(1)以圖表來表示數(shù)據(jù)庫(kù)11中所存儲(chǔ)的在整個(gè)國(guó)家中每個(gè)供水交易單位的日平均供水分配，如圖3A中所示，其中橫坐標(biāo)是日平均供水，縱坐標(biāo)是交易單位的數(shù)目。如從圖3A中顯而易見的那樣，即使得到了常規(guī)水分配量的日平均供水的柱狀圖，也可以發(fā)現(xiàn)該柱狀圖不是正態(tài)分布的。
另一方面，以如在圖3B中所示的圖表來表示由上述公式(1)所轉(zhuǎn)換的在整個(gè)國(guó)家中每個(gè)供水交易單位的日平均供水分布。如從圖3B中所顯而易見的那樣，日平均供水是正態(tài)分布的并且可以從該正態(tài)分布的日平均供水指標(biāo)來獲得平均值和方差值。
接下來，將會(huì)描述一種裝置，其根據(jù)日平均供水指標(biāo)獲得供水交易單位將期望被核實(shí)的供水規(guī)模占整個(gè)國(guó)家規(guī)模的百分比是多少，其中在所述日平均供水指標(biāo)中全國(guó)水系統(tǒng)交易單位的每個(gè)日平均供水是正態(tài)分布的。
如圖2中所示，將要被分析的水分配區(qū)段中的日平均供水?dāng)?shù)據(jù)提供給操作單元14，并且操作單元14根據(jù)上述公式(1)來轉(zhuǎn)換該日平均供水以及把結(jié)果值提供給規(guī)模分析裝置15。規(guī)模分析裝置15具有正態(tài)分布概率表(未例示)，其中預(yù)先存儲(chǔ)了在上述盤13中存儲(chǔ)的日平均供水指標(biāo)(平均值和方差值)，規(guī)模分析裝置15基于正態(tài)分布概率表中所存儲(chǔ)的平均值和方差值計(jì)算在操作單元14中所轉(zhuǎn)換的值在整個(gè)國(guó)家規(guī)模中的百分比并輸出結(jié)果。
此處，在圖5中顯示了利用上述水分配信息分析系統(tǒng)，對(duì)具有如圖4中所示規(guī)模的水分配區(qū)段A和B(作為具體的水分配區(qū)段)進(jìn)行分析的結(jié)果。
當(dāng)由上述水分配信息分析系統(tǒng)對(duì)圖4中所示的水分配區(qū)段A和水分配區(qū)段B中的每個(gè)日平均供水進(jìn)行分析時(shí)，水分配區(qū)段A和B中的每個(gè)日平均供水是如圖5所示正態(tài)分布的，并且可以對(duì)全國(guó)的全部供水交易單位來比較通過在橫坐標(biāo)上劃分供水量而得到的日平均供水。當(dāng)從每一天供水人口數(shù)的觀點(diǎn)來看上述水分配區(qū)段A和B時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們位于工廠數(shù)較多的地方并且它們是在日本的供水交易中具有典型規(guī)模的工廠。
用這種方式，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，預(yù)先得到了通過利用正態(tài)分布轉(zhuǎn)換公式(1)對(duì)根據(jù)全國(guó)供水統(tǒng)計(jì)的日平均供水進(jìn)行轉(zhuǎn)換所獲得的正態(tài)分布柱狀圖，以及利用從這個(gè)柱狀圖中所獲得的平均值和方差值對(duì)要被分析的在水分配區(qū)段中的日平均供水進(jìn)行分析，借此從全國(guó)供水統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)來看易于識(shí)別出在水分配規(guī)模中所監(jiān)視的區(qū)段對(duì)應(yīng)于什么規(guī)模的交易單位，而不必以傳統(tǒng)方式用全國(guó)供水統(tǒng)計(jì)對(duì)它進(jìn)行檢驗(yàn)。
圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的用于水分配及管道的信息分析系統(tǒng)的方框圖。
在圖6中，參考標(biāo)號(hào)21是數(shù)據(jù)收集單元，其每隔一定時(shí)間間隔(例如每隔0.85秒)接收分別由一流量計(jì)4和一壓力指示器5所測(cè)量的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，所述流量計(jì)4安裝在水分配區(qū)段2入口附近的凈水注入管道3中，所述壓力指示器5安裝在水分配區(qū)段2內(nèi)的適當(dāng)管道中，如圖1中所示。參考標(biāo)號(hào)22是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其把由數(shù)據(jù)收集單元21收集的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計(jì)算所需時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)，例如5秒時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)。
參考標(biāo)號(hào)23是每日時(shí)滯補(bǔ)償單元，其接收由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器22所轉(zhuǎn)換的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，把一天的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在單元23中所提供的存儲(chǔ)器(未例示)中，并且選擇顯示出存儲(chǔ)器中所存儲(chǔ)的一天的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)之間最高相關(guān)性的時(shí)滯以補(bǔ)償該滯后。因?yàn)榉謩e從流量計(jì)4和壓力指示器5發(fā)送的數(shù)據(jù)之間的測(cè)量具有各自的時(shí)滯，所以每日時(shí)滯補(bǔ)償單元23要對(duì)這些時(shí)滯進(jìn)行補(bǔ)償以得到相關(guān)數(shù)據(jù)。即，因?yàn)榱髁坑?jì)4的輸出和壓力指示器5的輸出不是同時(shí)得到的，所以不可能正確地得到Hazen William′s公式(隨后描述)的計(jì)算結(jié)果。因此，為了執(zhí)行正確的計(jì)算，當(dāng)流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)具有最高相關(guān)性時(shí)出現(xiàn)的時(shí)滯被補(bǔ)償為零。
參考標(biāo)號(hào)24是近似表達(dá)式計(jì)算單元，其每隔5秒順序地接收由每日時(shí)滯補(bǔ)償單元23所補(bǔ)償?shù)囊惶斓牧髁繑?shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，以及基于變形的Hazen William′s公式(以下具體闡述)來計(jì)算近似壓力，把虛擬管道總長(zhǎng)度L和每天的流量校正系數(shù)α處理為在最小二乘法中的參數(shù)。當(dāng)所計(jì)算的近似壓力與所測(cè)量的壓力之間的最小二乘差變得最小時(shí)可得到近似壓力。參考標(biāo)號(hào)25是管道狀態(tài)掌握數(shù)據(jù)庫(kù)，其存儲(chǔ)了由該近似表達(dá)式計(jì)算單元24所得到的參數(shù)。
參考標(biāo)號(hào)26是在線故障檢測(cè)器，其在每隔5秒從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器22接收流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)的同時(shí)利用存儲(chǔ)在管道狀態(tài)掌握數(shù)據(jù)庫(kù)25中的參數(shù)基于Hazen William′s近似表達(dá)式來計(jì)算壓力值，并且當(dāng)在上述壓力值與實(shí)際測(cè)量的壓力值之間的水頭差偏差超過預(yù)定值(例如，2.5m或3.3m或更多)時(shí)檢測(cè)到異常值。
參考標(biāo)號(hào)27是管道狀態(tài)分析單元，其具有學(xué)習(xí)功能，能夠識(shí)別管道狀態(tài)，同時(shí)監(jiān)視存儲(chǔ)在管道狀態(tài)掌握數(shù)據(jù)庫(kù)單元25中的虛擬管道總長(zhǎng)度L和每天的流量校正系數(shù)α的值、把所述參數(shù)的組合(portfolio)標(biāo)記為學(xué)習(xí)項(xiàng)目、以及把管道網(wǎng)絡(luò)分類為模式。
例如，假定總長(zhǎng)度L在五個(gè)級(jí)別中變化，并且流量校正系數(shù)α也在五個(gè)級(jí)別中變化，那么管道網(wǎng)絡(luò)將會(huì)具有25種類別或模式。例如，當(dāng)總長(zhǎng)度L處于第三級(jí)(L＝3)而流量校正系數(shù)α處于第二級(jí)(α＝2)時(shí)，管道網(wǎng)絡(luò)被標(biāo)記為“標(biāo)記2”。因而，有可能用這種標(biāo)記處理來對(duì)管道網(wǎng)絡(luò)的特性進(jìn)行分類。
參考標(biāo)號(hào)28是數(shù)據(jù)顯示器，其顯示了由在線故障檢測(cè)器26所檢測(cè)的異常值以及由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器22所轉(zhuǎn)換的5秒時(shí)間間隔的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)。
接下來，將描述如上所述構(gòu)建的用于水分配及管道的信息分析系統(tǒng)的功能。
當(dāng)數(shù)據(jù)收集單元21接收分別由流量計(jì)4和壓力指示器5所測(cè)量(例如每隔0.85秒)的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)時(shí)，由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器22把該流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為例如5秒時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)并且提供給每日時(shí)滯補(bǔ)償單元23。
每日時(shí)滯補(bǔ)償單元23把從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器22提供的一天的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中(未例示)并且選擇顯示出在流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)之間的最高相關(guān)性的時(shí)滯以補(bǔ)償滯后。
當(dāng)近似表達(dá)式計(jì)算單元24順序地接收已補(bǔ)償了一天時(shí)滯的5秒時(shí)間間隔的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)時(shí)，它基于公式(2)中所示的變形的Hazen William′s公式來執(zhí)行計(jì)算，以得到每天的虛擬管道總長(zhǎng)度L和流量校正系數(shù)α作為最小二乘法的參數(shù)。
Hloss＝10.67×L×Q1.85×α/(C1.85×D4.87)…(2)其中，Hloss水頭損失(water head loss)L虛擬管道總長(zhǎng)度(m)Q流量計(jì)的指示值C流速系數(shù)(設(shè)為110)D管道直徑(在這種情況下，設(shè)為圖4中所示的流入管道直徑500[mm])α水分配區(qū)段的流量校正系數(shù)。
Hazen William′s公式主要是用于計(jì)算一個(gè)管道的水頭損失的公式，但是它是用于管道網(wǎng)絡(luò)的。在這種情況下，因?yàn)楣艿谰W(wǎng)絡(luò)不是由一個(gè)管道形成的，所以在一些情況下即使以相同的流量水頭損失也會(huì)變得很大。因此，用于提高表觀流量的系數(shù)α被引入變形的公式(2)。
更具體地說，通過由變形的Hazen William′s公式所得到的近似值，能夠由一個(gè)虛擬管道來近似出管道網(wǎng)絡(luò)的流量和壓力，并且可以相互比較它們的特性。在這種情況下，因?yàn)椴惶摂M提高它的流量，有壓降的管道就不能顯示出損耗，所以采用了在它的流量部分有α的近似表達(dá)式并且所述近似法用于提取參數(shù)，其中這個(gè)表達(dá)式與實(shí)際測(cè)量之間的最小二乘差是最小的。即，當(dāng)提高表觀流量時(shí)，例如，將會(huì)提高由水流阻力所引起的管道損耗，這可以通過管道中壓力的降低來進(jìn)行識(shí)別。
此處，當(dāng)由如圖7中所示的一個(gè)管道來表示管道網(wǎng)絡(luò)時(shí)，水頭損失為Hloss＝R×Q1.85×α其中，R＝10.67×L/C1.85×D4.85L虛擬管道總長(zhǎng)度，C流速系數(shù)，D管道直徑。
用這種方法得到的每日虛擬管道總長(zhǎng)度L存儲(chǔ)在管道狀態(tài)掌握數(shù)據(jù)庫(kù)25中，以從上述表示式中獲得的R和流量校正系數(shù)α作為參數(shù)。符號(hào)R表示通常管道阻力，其明確地與管道中的流量無關(guān)地被確定。因?yàn)榱魉傧禂?shù)C和管道直徑D是預(yù)先確定的，所以可以根據(jù)虛擬管道總長(zhǎng)度L的值來確定管道阻力R。
接下來，將會(huì)描述水分配區(qū)段2中的反常狀態(tài)的在線檢測(cè)功能。
當(dāng)在線故障檢測(cè)器26從數(shù)據(jù)庫(kù)轉(zhuǎn)換器22中以5秒的時(shí)間間隔接收流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)時(shí)，把參數(shù)R和α以及例如前一天的存儲(chǔ)在管道狀態(tài)掌握數(shù)據(jù)庫(kù)25中的實(shí)際測(cè)量的流量數(shù)據(jù)提供給HazenWilliam′s近似表達(dá)式以便計(jì)算壓力值，并且把這個(gè)壓力值和實(shí)際測(cè)量的壓力值提供給數(shù)據(jù)顯示器27。
圖8是以放大的方式顯示在趨勢(shì)圖的一個(gè)時(shí)區(qū)(13:00到13:30)中流入量與水頭之間的關(guān)系的圖表，所述趨勢(shì)圖是由數(shù)據(jù)顯示器27所顯示的水分配區(qū)段2中的每日流量與每日水頭的趨勢(shì)圖。
在圖8中，流量隨時(shí)在改變，通過公式(2)中所示的近似表達(dá)式計(jì)算流量與水頭之間的關(guān)系而得到的壓力如細(xì)線波形所示，實(shí)際測(cè)量的壓力如粗線波形所示。
當(dāng)在近似表達(dá)式中把上/下限設(shè)置為±2.5[m]時(shí)，可以通過把超出上/下限的圖8中的部分C和D作為水頭的異常改變來檢測(cè)流量的異常改變。
接下來，將會(huì)描述水分配區(qū)段2中的狀態(tài)改變檢測(cè)功能。
管道狀態(tài)分析單元27對(duì)存儲(chǔ)在管道狀態(tài)掌握數(shù)據(jù)庫(kù)25中的每天的虛擬管道總長(zhǎng)度L和流量校正系數(shù)α的值進(jìn)行監(jiān)視，以便識(shí)別管道狀態(tài)，并且它具有將參數(shù)的組合標(biāo)記為學(xué)習(xí)項(xiàng)目并把管道網(wǎng)絡(luò)分類為模式的學(xué)習(xí)功能。
圖9顯示了當(dāng)用于保持水壓而被設(shè)置的減壓閥正常操作的時(shí)期期間，從壓力和流量的測(cè)量數(shù)據(jù)中得到的流量校正系數(shù)α與虛擬管道總長(zhǎng)度L之間的相關(guān)性圖表的例子。
如圖9中所示，流量校正系數(shù)α分布于1.57到1.71的范圍內(nèi)，而虛擬管道總長(zhǎng)度L分布在45,000[m]到66,000[m]的范圍內(nèi)。因此，當(dāng)減壓閥正常工作時(shí)，水分配區(qū)段2中的管道阻力會(huì)升高，并且在公式(2)中所示的近似表達(dá)式中的虛擬管道總長(zhǎng)度L增加，并且因此流量校正系數(shù)α也增加。換句話說，當(dāng)長(zhǎng)度L和系數(shù)α之間的相關(guān)性如圖9的圖表所示那樣變化時(shí)，有可能識(shí)別管道網(wǎng)絡(luò)中的減壓閥正在正常工作。
圖10顯示了在解決了減壓閥故障之后的一段時(shí)期期間，從壓力和流量的測(cè)量數(shù)據(jù)中得到的流量校正系數(shù)α與虛擬管道總長(zhǎng)度L之間的相關(guān)性圖表的例子。
如圖10中所示，流量校正系數(shù)α在0.97到1.13的范圍內(nèi)變化，而虛擬管道總長(zhǎng)度L在11,000[m]到16,800[m]的范圍內(nèi)變化。這來自下述事實(shí)，即，解決了減壓閥的故障并且減壓閥的二級(jí)(secondary)側(cè)壓變得正常，并且從而可以發(fā)現(xiàn)虛擬管道總長(zhǎng)度變短并且流量校正系數(shù)α的值在“1”附近變化。例如，如果即使在減壓閥無效以后管道中還是出現(xiàn)了指定的壓力損耗，那么可以確定減壓閥處于故障狀態(tài)。
用這種方法，通過由管道狀態(tài)分析單元21對(duì)存儲(chǔ)在管道狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)25中的每天的虛擬管道總長(zhǎng)度L和流量校正系數(shù)α的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視并且假定這些值的變化趨勢(shì)，有可能識(shí)別出由減壓閥故障所引起的水分配區(qū)段的狀態(tài)方面的變化。
權(quán)利要求
1.一種用于水分配及管道的信息分析系統(tǒng)，其特征在于包括數(shù)據(jù)收集模塊(21)，用于以預(yù)定時(shí)間間隔接收分別從一個(gè)流量計(jì)和一個(gè)壓力指示器所發(fā)送的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，所述流量計(jì)測(cè)量從水分配池流到水分配管道網(wǎng)絡(luò)中的凈水的流量，而所述壓力指示器測(cè)量所述水分配管道網(wǎng)絡(luò)內(nèi)適當(dāng)位置處的一個(gè)管道的壓力；近似表達(dá)式計(jì)算模塊(24)，用于接收由所述數(shù)據(jù)收集模塊順序地收集的一天的所述流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，以基于如下所示的HazenWilliam′s近似表達(dá)式來計(jì)算數(shù)據(jù)，以及用于得到每天的虛擬管道總長(zhǎng)度和流量校正系數(shù)作為最小二乘法的參數(shù)，以便把這樣得到的值數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在管道狀態(tài)掌握數(shù)據(jù)庫(kù)中，Hloss＝10.67×L×Q1.85×α/(C1.85×D4.87)其中，Hloss水頭損失L虛擬管道總長(zhǎng)度(m)Q流量計(jì)的指示值C流速系數(shù)D管道直徑(mm)α水分配區(qū)段的流量校正系數(shù)；以及在線故障檢測(cè)模塊(26)，用于以預(yù)定時(shí)間間隔來接收由所述數(shù)據(jù)收集模塊所收集的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)、利用所述管道狀態(tài)掌握數(shù)據(jù)庫(kù)中所存儲(chǔ)的參數(shù)基于Hazen William′s近似表達(dá)式來計(jì)算壓力值、以及當(dāng)所計(jì)算的壓力值與實(shí)際測(cè)量的壓力值之間的水頭差彼此偏差預(yù)定值或更多時(shí)檢測(cè)到異常值。
2.一種用于水分配及管道的信息分析系統(tǒng)，其特征在于包括數(shù)據(jù)收集模塊(21)，用于以預(yù)定時(shí)間間隔接收分別從一個(gè)流量計(jì)和一個(gè)壓力指示器所發(fā)送的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，所述流量計(jì)測(cè)量從水分配池流到水分配管道網(wǎng)絡(luò)中的凈水的流量，而所述壓力指示器測(cè)量所述水分配管道網(wǎng)絡(luò)內(nèi)適當(dāng)位置處的一個(gè)管道的壓力；近似表達(dá)式計(jì)算模塊(24)，用于接收由所述數(shù)據(jù)收集模塊順序地收集的一天的所述流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，以基于如下所示的HazenWilliam′s近似表達(dá)式來計(jì)算數(shù)據(jù)，以及用于得到每天的虛擬管道總長(zhǎng)度和流量校正系數(shù)作為最小二乘法的參數(shù)，以便把這樣所計(jì)算的值數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在管道狀態(tài)掌握數(shù)據(jù)庫(kù)中，Hloss＝10.67×L×Q1.85×α/(C1.85×D4.87)其中，Hloss水頭損失L虛擬管道總長(zhǎng)度(m)Q流量計(jì)的指示值C流速系數(shù)D管道直徑(mm)α水分配區(qū)段的流量校正系數(shù)；以及管道狀態(tài)分析模塊(27)，用于識(shí)別管道狀態(tài)同時(shí)監(jiān)視存儲(chǔ)在所述管道狀態(tài)掌握數(shù)據(jù)庫(kù)中的每天的參數(shù)值，所述分析模塊具有學(xué)習(xí)功能，其把所述參數(shù)的組合標(biāo)記為學(xué)習(xí)項(xiàng)目并且把所述管道網(wǎng)絡(luò)分類為模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的用于水分配及管道的信息分析系統(tǒng)，其特征在于還包括每日時(shí)滯補(bǔ)償模塊(23)，具有用于接收由所述數(shù)據(jù)收集模塊收集的所述流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)一天的所述數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，所述每日時(shí)滯補(bǔ)償模塊用于選擇存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)器中的表示一天的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)之間的最高相關(guān)性的時(shí)滯，以補(bǔ)償所述時(shí)滯并且用于向所述近似表達(dá)式計(jì)算模塊順序地提供所述一天的補(bǔ)償過的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種用于水分配及管道的信息分析系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)收集單元(21)，用于以預(yù)定時(shí)間間隔接收分別從一個(gè)流量計(jì)和一個(gè)壓力指示器所發(fā)送的流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，所述流量計(jì)測(cè)量從水分配池流到水分配管道網(wǎng)絡(luò)中的凈水的流量，而所述壓力指示器測(cè)量所述水分配管道網(wǎng)絡(luò)內(nèi)適當(dāng)位置處的一個(gè)管道的壓力；近似表達(dá)式計(jì)算單元(24)，用于接收由所述數(shù)據(jù)收集單元順序地收集的一天的所述流量數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，以基于Hazen William′s近似表達(dá)式H
文檔編號(hào)G05D16/20GK1986981SQ20061006404
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者湯川敦司 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝